JP5325984B2 - 膝関節支持用の整形外科装置 - Google Patents

Description

本発明は膝関節用支持整形外科装置に関する。
特に、該装置は、互いに関節結合された近位連結器及び遠位連結器を有するタイプのものであり、これら連結器はそれぞれ、患者の下肢の大腿骨及び脛骨に結合されるように構成されている。これらの骨は膝関節によって互いに接続されている

膝関節部位は、外傷治療又は矯正治療のために外科手術が行われることがある。このような手術は、一般的な整形外科手術の場合と同様に、手術後期間があるのが特徴であり、この期間に骨化プロセスが行われる。この段階で、関節に過大な負荷が掛からないようにすることが一般的に必要である。
関節に負荷を掛けないようにするには、膝を完全に固定して動かないようにすればよい。一方、この方法は治療上大きな欠点を有するので、この方法はあまり頻繁に用いられない。

公知の代替方法として考えられるのは、上述のようなタイプの整形外科装置を使用することであり、これにより、手術後の関節を介して、負荷を部分的に、又は全体的に伝達することが可能になる。
この場合、近位連結器及び遠位連結器は一般的に、患者の大腿骨及び脛骨にそれぞれ結合される固定装置に結合される。

公知の整形外科装置の第１の欠点は、２個の連結器の間の関節動作である。実際、２個の連結器に付与される相対的な動きは、一元的であって、かつ、特に、自然の関節によって生理学的に決まる固定骨の動きを最も忠実に再現するものでなければならない。このような機能的条件は、簡素で効率的な構造形態学の手段で確保することができなかった。実際、膝関節によって提供される連結は、２個の患部骨の間における回転と相対的な滑りとの組合せと考えられ、その運動は、信頼性がある小さなサイズの機構で再現することが困難である。実際、このような連結は、固定された回転軸を有する単純なヒンジに採り入れることはできない。各々のケースで、システムは、関節の接触面が互いに離れる方向に動くことによって、関節の伸延を許容するように構成され、これによって、たとえ該装置が関節を忠実に再現するものでなくても、最小限の回転動作が許容されるようになっている。

公知技術による整形外科装置の治療的使用で起こる第２の問題は、患者の骨構造に対する該装置の正確な位置決めに関する。特に、２個の連結器の関節が下肢の関節軸に垂直な平面に沿って配置されることが基本的に重要である。公知の固定装置は、複数の螺子を用いて大腿骨及び脛骨の適切な骨部位に結合される。そのような部位の骨表面は関節軸に対して垂直ではないので、整形外科装置の固定手術をガイドする形態上の基準が欠如している。さらに、取り付ける部位が関節部位から相対的に離れていることが、整形外科装置の適切な位置決めに関する問題をさらに複雑にしている。それゆえ、本発明が解決すべき技術的課題は、公知技術の上記のような欠点を克服する構造を有する整形外科装置を提供することである。

前記技術的課題は、以下のような整形外科装置によって解決される。この整形外科装置は、前述のタイプであり、また、整形外科装置１自身の中央可動面に垂直なヒンジ軸によって互いにヒンジ接続された第１ロッド及び第２ロッドを備え、これらは近位連結器及び遠位連結器に接続されて、関節結合された四辺形を構成している。関節結合された四辺形は、膝関節の伸長位置に対応する主形状と膝関節の異なる屈曲姿勢に対応する複数の二次形状との間で、可動面に垂直な平面に沿って二次元的に可動である。特に、関節結合された四辺形によって近位連結器及び遠位連結器に付与される相対的な動きは、膝関節の生理学的な動きに一致している。

一般に、本発明の着想は、関節結合された四辺形によって膝関節の屈曲及び伸長動作を再現することであり、四辺形の２個の対向部材は複数の連結器で構成される。この構造的な解決手段は、整形外科装置のサイズ及び複雑さの低減を可能にすると共に、関節の生理学的な動きを十分かつ忠実に再現する、異なる要素間の相対的な動きを確保する。

本発明の利点は、本発明による装置が容易に位置決めされ、モジュールとして公知の整形外科装置と組み立てられることにより、迅速で正確なインプラントが確保されることである。
さらに特徴と利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明と添付の図面によって一層明らかに理解されるであろう。好ましい実施形態は本発明を限定するものではなく、添付の図面は説明のためにのみ参照されるものであって、範囲を限定するものではない。

本発明による整形外科装置の斜視図 図１の整形外科装置の様々な部品の分解図 公知の固定装置を用いて伸長された膝関節に結合された図１の整形外科装置の斜視図 図３に示された要素を別の方向から見た斜視図 図３に示された要素を、屈曲した膝関節と共に示す斜視図 図１の整形外科装置が公知の固定装置によって結合された脛骨・大腿骨グループの正面図 図１の装置の関節動作を容易にする、関節結合された四辺形の運動を再現する図

添付図面において、参照番号１は、膝関節用支持整形外科装置を示している。このような装置の主な役目は、既述のように、該装置が無ければ関節に掛かるであろう負荷を伝達することによって、手術後期間において、適切な治療と同時に患部下肢の少なくとも部分的な可動性の確保を可能にすることである。

整形外科装置１は、互いに関節結合された近位連結器２及び遠位連結器３を有し、これら連結器はそれぞれ、膝関節によって互いに接続された下肢の近位骨１００及び遠位骨１０１にそれぞれ結合するように設けられている。特に、添付図面の好ましい実施形態において、近位骨１００は患者の大腿骨であり、遠位骨１０１は脛骨である。

また、前記整形外科装置１は第１ロッド４ａ及び第２ロッド４ｂを備え、前記ロッド４ａ、４ｂは、装置の中央可動面に垂直なヒンジ軸によって、近位連結器２及び遠位連結器３にヒンジ接続され、これらが関節結合された四辺形を形成している。

この関節結合された四辺形は、図７に模式的に示されているように、近位連結器２によって機能的に提供されるフレームと、ロッド４ａ及び４ｂによって提供される２本の天秤棒と、遠位連結器３によって提供されるプッシュロッドとで構成されている。

この関節結合された四辺形は、膝関節の伸長位置に対応する主形状と膝関節の異なる屈曲姿勢に対応する複数の二次形状との間で、可動面に垂直な平面に沿って二次元的に可動である。関節結合された四辺形によって近位連結器及び遠位連結器２、３に付与される相対的な動きは、膝関節の生理学的な動きに一致している。

添付の図３〜図６から分かるように、整形外科装置１の近位連結器２は、近位骨１００、即ち大腿骨に固定結合されるように設けられた第１固定装置５に直接接続されるように設けられている。一方、遠位連結器３は、遠位骨１０１、即ち、脛骨に固定結合されるように設けられた第２固定装置６に直接接続されるように設けられている。

第１固定装置５は、好ましい実施形態において、大腿骨の表面に複数の骨螺子で結合され得る第１クランプ５１を少なくとも有する長手レール５０を備えている。複数の骨螺子は、適切な大腿骨の表面に都合良く挿入され、前述のように、大腿骨は、肢の関節軸ｙに垂直ではない長手軸ｘを有する（特に、二軸間の角度は約８１°）。第１クランプ５１は、長手レール５０に対して配置される。骨螺子の取り付け部位は、好ましくは大腿骨の横側表面に位置する。したがって、装置１は長手レール５０の先端部に強固に固定され、下肢に対して横姿勢になる。

本発明の別の実施形態において、図示されていないが、第１固定装置５がリング、又はリング部を備え、それが近位連結器２に接続されていてもよい。
図６から容易に分かるように、遠位連結器３及び近位連結器２の両方をずらして、関節に余裕を持たせるために、第１固定装置５にコンプレッサー７０を結合しても良い。例えば２〜１０ｍｍの範囲で一旦関節をずらせば、コンプレッサーを取り除いてよい。

第２固定装置６は、剛体のハーフリング６０と第２クランプ６１を備え、第２クランプ６１はそれに固定された複数の骨螺子によって脛骨の表面に結合される。剛体のハーフリングが設けられていることにより、第２クランプ６１の骨螺子を脛骨の前表面又は中前表面に結合することができ、そのようなインプラントに最も適した部位に結合できる点で有利である。

前述したように、整形外科装置の適切な手術のためには、装置の可動面が、図６にｘで示された下肢の関節軸に垂直でなければならない。整形外科装置１のそのような条件を確保するために、対応する骨、即ち、近位連結器２にとっては大腿骨、遠位連結器３にとっては脛骨に対して近位又は遠位連結器２、３の少なくとも一つを正確に位置決めする手段を装置が備えている。

特に、前記正確に位置決めする手段は、連結器２、３のうちの一つの第１の部分２０ａを備え、これは、連結器に対応する骨に固定されたガイドスレッド２００を一時的に受け入れる基準孔２０を少なくとも有する。好ましくは、基準孔２０が可動面に垂直になっている。

示された好ましい実施形態において第１の部分２０ａは近位連結器２に設けられ、基準孔２０は、連結器２が結合される近位骨１００に対して、連結器２の先端部に位置決めされている。このようにして、図４に示すように、ガイドスレッド２００が、患者の内側上顆１０２に挿入されるカニューレ螺子に適切に導入される。上顆に近い形態上の基準を用いて、カニューレ螺子が容易に位置決めされ、膝の関節軸ｙに平行になる。ガイドスレッド２００も関節軸ｙに平行であり、それが基準孔２０に挿入されると、整形外科装置１の可動面がこの軸に垂直になる。ガイドスレッド２００は構造的な用途は持たず、整形外科装置１が一旦インプラントされればガイドスレッド２００は取り除かれる。

手術上の観点から、本発明による装置を患者の骨構造に固定する方法は、以下のステップを備えている。つまり、肢の関節軸ｙに平行な方向に沿って大腿骨の経路にスレッドを挿入するステップ、そして、その後、前記固定手段５、６を用いて、近位連結器２及び遠位連結器３を患者の骨構造に固定するステップである。

図７において、主形状と、膝関節がほぼ直角に曲げられた二次形状における、関節結合された四辺形を構成する各部材の配置が示されている。図面において、脛骨の屈曲角度の変化に対応する遠位連結器３の点の軌跡も、固定された近位連結器の位置と共に示されている。この軌跡は、健康な膝の関節の動きによって提供される軌跡とほぼ同じであって、以下の構造手段によって得られる。

第１に、使用されている関節結合された四辺形はグラスホフ機構であり、その相対的なリンク運動は、少なくとも下肢の骨構造への固定によって効果的に制限されている。

四辺形を構成する第１及び第２ロッド４ａ、４ｂは、少なくともその主形状において互いに交差している。特に、四辺形は、その有効な形状のより良い部分にとって反転したままであり、ここで、有効な形状は、主形状及び有効に実行可能な二次形状を意味する。四辺形の反転姿勢は、装置の瞬時回転中心が四辺形の体積内に保持されることを許容し、これによって、膝関節に近い瞬時回転軸が規制される。実際、シャールの定理にしたがって、瞬時回転中心は、図７に示す、２本のロッド４ａ、４ｂの長手軸ｚ’、ｚ”の交差点Ｃにあり、これらが四辺形のバランスロッドを形成している。

特に、反転形状、即ち、死点形状が二次形状のグループに属していることが有利である。この場合、そのような形状は膝関節がほぼ直角に屈曲している姿勢に対応する。

本発明による、関節結合された四辺形の有利な寸法的特徴は、遠位連結器３における第１及び第２ロッド４ａ、４ｂのヒンジ軸同士間の距離と、近位連結器２における第１及び第２ロッド４ａ、４ｂのヒンジ軸同士間の距離との比が１より大きいことであり、そして、好ましくは、３．５と４．３の間（図示の実施形態における比の値は４３／１１）である。第１ロッド４ａに関して両側のヒンジ軸同士間の距離と、第２ロッド４ｂに関して両側のヒンジ軸同士間の距離との比は０．９と１．１の間であり、好ましくは、図示された実施形態のように、１に等しい。第１ロッド４ａに関して両側のヒンジ軸同士間の距離と、遠位連結器３における第１及び第２ロッド４ａ、４ｂのヒンジ軸同士間の距離との比は１より大きく、好ましくは、１．２より小さい（図示された実施形態における比の値は４７／４３である）。自明のことながら、これらの値は、本発明に関して限定的なものではない。

本発明による整形外科装置１は、好ましくは、関節結合された四辺形を主形状又はその二次形状のうちの任意の一つにロックすることを許容するために設けられた第１ロック手段３０と、関節結合された四辺形を有限複数の可能なロック形状にロックすることを許容するために設けられた第２ロック手段３４と、装置１が結合される膝関節の屈曲が所望の角度より大きくなるのを抑制するために、関節結合された四辺形の可動を一方向に制限するように調整可能なストップ手段３７とを備えている。

第１及び第２ロッド４ａ、４ｂのうちの少なくとも一つは、装置１の可動面に垂直な軸を有する第１横断螺子孔４０ａを備え、第１ロック手段３０は、第１横断孔４０ａと、遠位又は近位連結器２、３のうちの一つに一体化した第１隔壁３３のスロット３２とに差し込み可能なロック螺子３１を備えている。したがって、ロック螺子３１は、スロット３２の周囲の第１隔壁３３の壁に対してクランプされてもよく、関節結合された四辺形が所望の形状にロックされるのを許容する。

第１及び第２ロッド４ａ、４ｂのうちの少なくとも一つは、装置１の可動面に垂直な軸を有する第２横断孔４０ｂを特徴とする。第２ロック手段３４は、遠位又は近位連結器２、３のうちの一つと一体化された第２隔壁３６を備え、これは複数のロック孔３５ａ、３５ｂを特徴とする（ただし、既述のように、装置の実際のロックは好ましくは第１ロック手段３０のロック螺子３１を用いて行われ、これらの孔は主に関節の屈曲度合いの基準として使用される）。ロック孔３５ａ、３５ｂのそれぞれは、可能なロック形状にある第２横断孔４０ｂと整列している。これらの形状において、ピンを二つの孔に挿入してロッドを連結器にロックすることができ、それによって、関節結合された四辺形を所望のロック形状にロックすることができる。

示された好ましい実施形態において、二つのロック孔３５ａ、３５ｂは、関節結合された四辺形が、上記の主形状、及び装置１に結合された肢の直角屈曲角度に対応する二次形状にロックされるのを許容する。

ストップ手段３７は、螺子が切られたストップ孔３９に挿入可能なストップ螺子３８を備えている。ストップ孔３９は、連結器２、３のうちの一つに一体化され、装置１の可動面に平行な軸を有する。ストップ螺子３８のクランプ側と反対側の端部は、ロッド４ａ、４ｂの少なくとも一つの動きに接触して干渉し、関節結合された四辺形の可動を制限するように設けられている。このケースでは、第２ロッド４ｂの回転に干渉するように設けられている。

ロック螺子３８の軸周りの回転は、ロック孔３９の軸に沿う進行に対応する。こうして、ロッド４ａ、４ｂの可動角度を制限するために設けられた螺子の端部位置を変えることができ、装置の最大屈曲角度を調整することができる。好ましくは、この螺子と関節結合された四辺形は、螺子の回転角と装置１に結合された肢の最大可動角度の変化との関係がほぼ直線的な関係になるように構成されている。

構造上、第１隔壁３３、第２隔壁３６、及びストップ孔３９はすべて遠位連結器３に一体化されている。特に、この遠位連結器は基部３ａを備え、この基部から二つの側壁が横に立ち上がり、第１ロッド４ａ及び第２ロッド４ｂのヒンジブラケットを形成している。これらの側壁は装置１の可動面に平行であり、ヒンジ支持されたロッド４ａ、４ｂの両方に隣接している。第１隔壁３３及び第２隔壁３６は、添付図面に示すように、そのような側壁の一つの一部である。

第１横断孔４０ａは第１ロッド４ａに設けられ、第２横断孔４０ｂは第２ロッド４ｂに設けられている。これらロッドは好ましくは同一であって、遠位連結器３にヒンジ接続され、連結器の側壁間距離に等しい横広幅部を有する第１セグメントと、近位連結器２にヒンジ接続され、二つの部材が干渉せずに交差することを許容する横狭幅部を有する第２セグメントとを備えている。

スロット３２は、第１ロッド４ａと遠位連結器３とのヒンジ軸を中心とする円弧形状を有する。ロック螺子３１の終端部は、固定されていないときはこの円弧の範囲内をスライドし、どんな場合でも、スロット３２が第１ロッド４ａの可動角度を制限する。

遠位連結器３の二つの側壁は、下側で基部３ａに結合され、上側で交差梁３ｂに結合している。これら交差梁は中央の自由空間に対して横方向であり、この自由空間の中で第１及び第２ロッド４ａ、４ｂが動くことができる。

一方の梁３ｂ、特に第２ロッド４ｂに近いほうの梁は、ストップ螺子３８が挿入されるストップ孔３９を有する。この梁は、ストップ孔３９の軸に垂直な軸を有する孔をも備え、この孔に螺子が挿入され、この螺子はストップ螺子３８に干渉して、所望の位置にロックする。

遠位連結器３の基部３ａは、上記の剛体のハーフリング６０に結合するために設けられており、ハーフリングは遠位連結器の基部の下の先端位置に取り付けられる。この端部において、基部３ａは適切な接続手段、即ち、側壁によって輪郭が定められたブラケットの底部に位置する中央孔３００と、基部の側壁が設けられていない部分に設けられた長スロット３０１を有する。これらの開口部は、図３から図６に示すように、剛体のハーフリング６０の固定螺子の挿入を許容する。

近位連結器２は、その先端部に（常に、それが結合される大腿骨を参照する）、二つの横に並んだブラケットを備え、第１ロッド４ａ及び第２ロッド４ｂの第２セグメントが、平行で、かつ、オフセットされた軸に沿って、ブラケット内に挿入され、ヒンジ接続されている。基準孔２０は、好ましくは貫通孔であり、両ブラケットの先端部に、第１及び第２ロッド４ａ、４ｂが動く中央の自由空間に対して横姿勢で設けられている。

近位連結器２の近位部は、好ましくは、前述のタイプの長手レール５０に結合されるように配置されている。この端部には、適切な接続手段、即ち、平行に形成された２本の溝２１と、長手レールのロック手段２３を挿入する少なくとも一つの主な螺子が切られた座部２２が設けられている。

自明のことながら、付随的で具体的な必要性を満たすために、当業者は種々の変形及び変更を上述の前記整形外科装置に施してもよく、そのような変形及び変更はすべて、以下の請求の範囲に定義される本発明の保護範囲に含まれる。

Claims (13)

1. 膝関節によって接続された下肢の近位骨及び遠位骨にそれぞれ一体に結合されるように配置された第１及び第２固定装置にそれぞれ直接接続されるように意図された、関節結合された近位連結器及び遠位連結器と、を備えた膝関節支持用の整形外科装置であって、
   第１ロッドと、
   第２ロッドと、
   主形状又はその複数の二次形状のうちのいずれか一つにおいて、前記関節結合された四辺形のロックを許容するように配置された第１ロック手段と、
   前記第１ロッド及び第２ロッドのうちの少なくとも一つに形成され、前記整形外科装置の前記可動面に垂直な軸を有する第１横断螺子孔と、
   を備え、
   前記第１ロック手段は、前記第１横断螺子孔及び前記遠位連結器及び近位連結器の一つに一体化された第１隔壁のスロットに挿入可能なロック螺子を備え、
   前記第１及び第２ロッドは、前記整形外科装置の中央の可動面に垂直なヒンジ軸によって、前記近位連結器及び遠位連結器にヒンジ接続され、これによって関節結合された四辺形が構成され、前記関節結合された四辺形は、膝関節の伸長位置に対応する主形状と膝関節の異なる屈曲姿勢に対応する複数の二次形状との間で、前記可動面に垂直な平面に沿って二次元的に可動であり、前記関節結合された四辺形によって前記近位連結器及び遠位連結器に付与される相対的な動きは、膝関節の生理学的な動きに一致しており、
   前記近位連結器は、先端部の一つに対応するように、前記可動面に垂直な基準孔を備え、当該基準孔は前記近位骨と一体化されたガイドスレッドを一時的に収容するように意図され、これによって前記近位骨に対する前記近位連結器の正確な位置決めが行われ、
   前記ロック螺子は、前記第１隔壁の壁に対して前記スロットの周辺でクランプ可能であり、これによって前記関節結合された四辺形が所望の形状にロックされる、膝関節支持用の整形外科装置。
2. 前記近位連結器が、前記第１固定装置の長手レールを保持するように配置された接続手段を有する、請求項１記載の整形外科装置。
3. 前記遠位連結器が、前記第２固定装置の剛体のハーフリングに前記遠位連結器を固定するように配置された接続手段を有する、請求項１又は２記載の整形外科装置。
4. 前記第１ロッド及び前記第２ロッドが、少なくとも主形状において交差している、請求項１〜３のいずれか１項記載の整形外科装置。
5. 前記遠位連結器における前記第１ロッド及び第２ロッドの前記ヒンジ軸同士間距離と、前記近位連結器における前記第１ロッド及び第２ロッドの前記ヒンジ軸同士間距離との比が３．５と４．３の間の値である、請求項４記載の整形外科装置。
6. 前記第１ロッドに関して両側のヒンジ軸同士間距離と、前記第２ロッドに関して両側のヒンジ軸同士間距離との比が０．９と１．１の間の値である、請求項５記載の整形外科装置。
7. 前記第１ロッドに関して前記両側のヒンジ軸同士間距離と、前記遠位連結器における前記第１ロッド及び第２ロッドの前記ヒンジ軸同士間距離との比が１と１．２の間の値である、請求項６記載の整形外科装置。
8. 前記第１横断孔が前記第１ロッドに配置され、
   前記第１隔壁が、前記整形外科装置の前記可動面に平行であり、かつ前記第１ロッドに隣接するように、前記遠位連結器に一体化され、
   前記スロットが、前記第１ロッドと前記遠位連結器とのヒンジ軸を中心とする円弧形状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の整形外科装置。
9. 前記関節結合された四辺形を有限複数の可能なロック形状にロックすることを許容するように配置された第２ロック手段をさらに備えている、請求項１〜８のいずれかに記載の整形外科装置。
10. 前記第１ロッド及び第２ロッドのうちの少なくとも一つに、前記整形外科装置の前記可動面に垂直な軸を有する第２横断孔が形成され、
    前記第２ロック手段が、前記遠位連結器及び近位連結器の一つに一体化された第２隔壁を備え、
    該第２隔壁は、可能なロック形状において前記第２横断孔とそれぞれ整列する複数のロック孔を有し、ピンが前記第２横断孔及び前記ロック孔に挿入可能であることにより、前記関節結合された四辺形が所望のロック形状にロックされ得る、請求項９に記載の整形外科装置。
11. 前記整形外科装置が結合された膝関節の屈曲が所望の角度より大きくなるのを禁止するために、前記関節結合された四辺形の可動を一方向に制限するように調整可能なストップ手段をさらに備えている、請求項１〜１０のいずれかに記載の整形外科装置。
12. 前記ストップ手段が、前記第１連結器及び前記第２連結器の一つと一体化され、前記整形外科装置の前記可動面に平行な軸を有する螺子が切られたストップ孔に挿入可能なストップ螺子を備え、
    前記ストップ螺子のクランプ側と反対側の端部が、前記第１ロッド及び前記第２ロッドの少なくとも一つの動きに接触して干渉し、前記関節結合された四辺形の可動を制限するように配置されている、請求項１１記載の整形外科装置。
13. 前記遠位連結器が、基部に関して横に立ち上がり、前記第１ロッド及び前記第２ロッドのヒンジブラケットを形成する二つの側壁を備え、
    前記ロッドの両方が、前記遠位連結器にヒンジ接続されて、前記二つの側壁の間の距離に等しい横広幅部を有する第１セグメントと、前記近位連結器にヒンジ接続されて、前記第１セグメントに比べて幅の狭い横狭幅部を有する第２セグメントとを備え、これによって、前記第１ロッド及び前記第２ロッドが互いに干渉せずに交差することを許容し、
    前記近位連結器が横に並んだ２つのブラケットを備え、
    前記第１ロッド及び第２ロッドの前記第２セグメントが、平行で、かつ、オフセットされた軸に沿って、前記ブラケット内に導入され、ヒンジ接続されている、請求項１２記載の整形外科装置。
    

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